定向钻穿越施工方案.docx

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定向钻穿越施工方案

桓台县马桥门站至果里镇高压燃气

管道工程

猪笼河定向钻穿越

施工方案

编制人：

***

审核人：

***

批准人：

***

大庆建筑安装集团有限责任公司

2012年09月21日

一、编制依据及标准与规范················································3

二、工程概况····························································4

三、穿越工程示意图······················································5

四、施工部署····························································8

五、工程施工的实施·····················································10

六、施工技术要求·······················································15

七、质量保证措施及HSE、水土保持管理措施·······························24

八、工期保证措施·······················································57

九、施工场地治安保卫管理计划和环保措施计划·····························60

十、工程服务承诺·······················································61

十一、施工进度计划表···················································62

一编制依据及标准与规范

1.1文件依据

（1）《工程设计合同》

（2）其它相关批准文件

1.2主要标准与规范

《输气管道设计规范》（GB50251-2003）

《油气输送管道穿越工程设计规范》（GB50423-2007）

《石油天然气工业输送钢管交货技术第2部分：

B级钢管》（GB∕T9711.2-1999）

《输油（气）埋地钢质管道抗震设计规范》（SY∕T0450-2004）

《管道下向焊接工艺规范》（SY∕T4071-1993）

《承压设备无损检测》（JB∕T4730.1～4730.6）

《管道干线标记设置技术规定》（SY∕T6064-1994）

《油气长输管道工程施工及验收规范》（GB50369-2006）

《油气输送管道穿越工程施工规范》（GB50424-2007）

《钢质管道焊接及验收》（SY∕T4103-2006）

《石油天然气金属管道焊接工艺评定》（SY∕T0152-2003）

《长距离输油输气管道测量规范》（SY∕T0055-2004）

《油气田及管道岩土工程勘探规范》（SY∕T0053-2004）

《涂装前钢材表面预处理规范》（SY∕T0407-1997）

《涂装前钢材表面锈蚀等级和防锈等级》（GB∕T8923-88）

《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》（GB∕T23257-2009）

《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）

《石油天然气工程设计防火规范》（GB50183-2004）

《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》（SY∕T0019-97）

《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规范》（CJJ95-2003）

《原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范穿越工程》（SY∕T0015.1-98）

《油气输送用刚制弯管》（SY∕T5257-2004）

二工程概况

2.1工程名称

山东省桓台县马桥门站至果里镇高压燃气管道工程猪笼河定向钻穿越工程

2.2工程概述

猪笼河定向钻穿越工程师马桥至果里天然气输配工程的重要组成部分，猪笼河位于胡东村—姚郭庄之间，南北走向，河道净宽28m，两侧各有10m护坡，深度为12m，穿越工程净宽165m，穿越长度为279m，管材采用φ273*7.1L=290焊接管，三层PE防腐，穿越机械布置在猪笼河西侧，管线设计位置44.5m处（该位置需征地），穿越管线布置在猪笼河以东离河中心82.5m处。

2.3工程地点：

猪笼河；

2.4施工有效工期：

15天；

2.5穿越工程设计单位：

哈尔滨市燃气工程设计研究院；

2.6穿越机入土角度：

8°；

2.7监理单位：

山东鲁焱项目管理有限公司。

2.8工程质量

工程质量：

合格

2.6本工程主要实物工程量

1、φ273*7.1L-290三层PE防腐焊接管279m；

2、开挖回填土方作业坑；

3、补口补伤；

4、б=20盲板；

5、穿越拖管头；

6、90°φ273弯管1根；

7、φ273*7.1直管段2m；

三穿越工程示意图

1、猪笼河穿越示意图：

2、猪笼河穿越水平图：

3、猪笼河定向钻穿越布置图：

4、定向钻穿越管线布置图：

5、猪笼河穿越示意图：

6、猪笼河5.8m工作坑开挖示意图：

四施工部署

4.1指导思想

1）选派具有丰富施工经验的施工队进场施工。

选择有多年施工经历、出过精品、责任心强、工作踏实和注重团结协作的优秀项目经理负责施工。

2）依据图纸和业主的要求，结合现场实际，认真编制施工组织计划，施工现场严格按业主和监理确认的施工方案进行施工。

3）认真落实公司关于《工程质量保证体系》和《消除质量措施》。

严格按照相关的工程质量验收规范和相关工程质量检验评选标准精心组织施工。

4）为确保工期，我们将确保“四个”到位：

即施工人员到位，机械设备到位，主材料到位，技术保证到位。

4.2管理目标

要求达到“五个优秀”，即“服务水平优秀、工程质量优秀、安全生产优秀、企业信誉优秀、管理水平优秀”。

4.3组织机构及任务划分

以按期优质完成本站场改造施工为目标，根据工程需要，项目部设置为两级管理机构，即项目管理层与项目施工作业层。

管理组织机构图如下：

组长：

于维新

现场代表：

文东

副组长：

刘志楠

副组长：

王宝光

、

4.4施工组织及任务划分

4.4.1施工组织原则

根据施工计划和劳动力安排，将施工任务落实到施工作业队。

分工的原则是任务均衡、交叉施工，既保证工期按期完成，又要保证连续施工，避免窝工现象发生，施工主要以五个作业队为主，所承担的范围包括从土建施工到工程恢复。

4.4.1组成机构人员：

组长：

于维新

组员：

文东（现场代表）刘志楠（现场施工项目经理）

王宝光（现场技术负责人）杨军

4.4.3土建机组（6人）：

组长：

李军

组员：

张家力刘国兴李力初张武冯军

1）负责修路：

确保施工机械进入场地；

2）负责穿越管线的运布管；

3）负责猪笼河以西、以东土建工作的开挖，回填工作；

4）负责13米坑的抽水工作；

4.4.4焊接机组（6人）：

组长：

孟凡东

组员：

陈立龙李希刚张增举吴培盈蒲立军

1）负责穿越管线279m的组装焊接；

2）负责焊接托管及盲板工作；

3）负责打压头的焊接工作；、

4）拖管完成后负责13米坑的切管及焊接90°弯管，2m直管工作；

4.4.5补口补伤机组（防腐机组）（3人）：

5）组长：

秦玉

6）组员：

贺传宝汲崇胜

待管线拍片完成合格后对穿越管段管口进行喷砂除锈，补口补伤工作；

4.4.6试压机组（4人）：

7）组长：

张辉

8）组员：

贺均李云张宝利

负责穿越管段的试压工作；

4.4.7穿越机组（4人）：

组长：

李国立

组员：

王辉腾贾齐张月星

负责猪笼河的整体穿越工程；

五工程施工的实施

5.1施工前准备

5.1.1技术准备

1）图纸会审及设计交底

对施工图进行图纸自审及与设计会审，有问题及时提出，由设计明确答复后才能施工，避免失误。

做好图纸会审及设计交底记录，作为施工依据及交工资料。

2）建立质量保证体系，健全组织机构，明确岗位职责。

3）技术交底

在施工前，向各个施工班组进行技术交底，明确施工工艺及技术质量要求，施工重点、难点及相应措施。

准备好施工记录表格及质量控制检测工具。

5.1.2现场准备

1）现场临时设施：

现场设置材料仓库，加工预制场地，工具房，生活用房等生产生活临时设施。

2）准备有关施工机具：

将施工所需各种施工机具如：

吊车、汽车等按进场计划组织进场。

3）防雨、防潮棚布、照明设备等的准备。

5.1.3材料准备

①材料：

进场前做好质量检验；

②分类存放：

各种材料按品种、规格分类存放，并做好明显标识，以防混用。

5.1.4工、机具，材料的准备

（1）各项机具准备方面：

①吊装用工、机具的检查、确认应符合相关的技术规定。

②施工所用工具、专用工具。

所使用的量具必须按计量要求检验合格。

③准备好施工需要的消耗材料、油料、手段用料。

④安装好工具箱。

配备一个活动房作为零配件、专用工具零星材料储存之用。

5.2现场施工准备：

5.2.1施工临时道路修筑原则:

1）施工道路原则上利用施工便道，并根据施工中的实际需要。

如设备运输路线等修筑临时道路。

2）临时道路位置尽量避开地下管道作业面，并做好临时道路的日常维护。

不能避免时应在开挖前作好饶行道路的准备工作。

5.2.2现场用电使用原则：

1）先从甲方提供的电源点接取电源，到达现场使用点进行使用。

2）如甲方提供的电源不能满足工作需求可同甲方协商后采用柴油发电机供电方式施工。

5.3具体施工步骤（如下示意图）

施工步骤：

六施工技术要求

6.1焊接技术要求

1）盖面焊道应当与钢管表面完全熔合。

应当在盖面焊接实施前进行要求的任何一侧的打磨。

盖面焊应当延伸超过焊口每侧至少1.56mm（1/16”）。

2）电弧焊只可以在坡口熔合表面而不可以在其他管道表面。

引弧烧伤将由承包商负责去除，并支付因为柱状割除存在引弧烧伤的管道和替换该管道的费用。

只有经过监理工程师授权批准，才可以根据以下规定对引弧烧伤进行打磨：

①应当仔细打磨，完全清除引弧烧伤的痕迹并确保最低程度得减少对管壁厚度的损失。

应当圆滑地打磨出原始管道的表面圆滑过渡线。

②打磨完成后，应当采用适当的无损检测方法检查打磨过的区域，以确保已经去除了金属凹痕并且没有裂纹。

③如果打磨后发现管壁厚度少于制管厂规定的最小管壁厚度，或如果在钢管上发现裂纹，那么，受到影响的区域将被柱状割除并用新的钢管替换。

3）除非施工图中规定，不可以将附件、接线片、管夹、支架或其他任何种类的附属物焊接在管道上。

如果施工图中规定了任何该类附属物，他们将被严格地依照给出的详细规定将其与管道连接。

4）在管道焊接过程中和刚刚完成焊接后，应当小心地搬运管道以防止对焊口造成不恰当的压力。

通常，只有当最后一道焊口冷却后才可以移动管道。

5）焊前预热采用碳钢管电加热片加热法，在加热过程随时测量加热温度，防止温度不够或过热，并作记录。

6）管道封底焊时，应检查内侧焊缝的成形质量，发现缺陷及时处理。

封底焊缝完成后应及时进行填充焊接。

7）多层焊每层焊完后应立即对层间进行清理，并进行外观检查，发现缺陷消除后方可进行下一层的焊接。

8）焊缝焊完后立即去除渣皮、飞溅物、清理干净焊缝表面，然后进行焊缝外观检查。

6.2焊接检查

6.2.1外观检查：

管道对接焊缝应进行100%外观检查，外观检查应符合下列规定：

1）焊缝外观成型应均匀一致，焊缝及其附近表面上不得有裂纹、未熔合、气孔、夹渣、飞溅、夹具焊点等缺陷。

2）焊缝表面不应低于母材表面，焊缝余高不得超过2mm,余高超过2mm时应打磨，打磨后与母材圆滑过渡，但不得伤及母材。

3）焊缝宽比外表面坡口每侧宽0.5～2mm。

4）咬边深度不得超过0.5mm；咬边深度小于0.3mm的任何长度过为合格；咬边深度在0.3～0.5mmp之间，单个长度不得超过30mm，累计长度不得大于焊缝全长的15%。

6.2.2无损检测

符合设计规定。

6.2.3焊接修补

不符合SY/T4103标准的焊缝将依据SY/T4103标准进行返修。

1）只有经过监理工程师批准才可以进行缺陷焊缝的修复工作。

应当根据规定和规范的要求进行修补焊接规程，包括在以前修复的部位进行修补（二次修复）的修补规程的起草和认证，焊接修补规程的认证应当在施工焊接规程进行认证的同一时间和地点进行认证。

焊接修复作业只可以由取得返修资格的焊工来实施。

2）可以不事先通知监理工程师对曝露在盖帽焊外的焊接缺陷实施修补。

3）在连续焊接时，对层间焊道的修复将不被视为是焊接缺陷或修复。

4）不可以对裂纹进行修复。

5）只有经过监理工程师的批准才可以对以前修复过的部位实施修复（二次修复），任何时候都不可以对同一焊接部位进行超过两次的修复作业。

6）如果一个缺陷焊缝不可以被修复，或如果修复后的焊缝不合格，那么该焊缝将被柱状割除。

7）每个修复后的焊缝将采用与原始焊缝同样的方法，符合与原始焊缝同样的验收标准做100%的无损检测。

8）可修复的内部缺陷可以依照适用的焊接规程的要求和限定并符合以下规定进行修复作业：

①修复部位可以用一个长度不少于100mm的良好焊缝进行隔离。

②可以采用监理工程师批准的方法，用打磨或气弧刨削的方法将缺陷完全清除至良好金属状态，清除所有溶渣或剥落物。

③修复部分的长度不可以少于50mm。

修复焊缝的开始和结束位置不可以有过多层叠。

修复焊缝的开始和结束应当是圆滑的，并且，如果必要的话，将完成的修复部位进行打磨直至与原始盖冒焊缝表面相统一。

6.2.4导向钻进原理

导向钻进铺管法原理：

使用水平定向钻机进行管线穿越施工，其工作过程是通过导向仪进行导向和探测，先钻出一个与设计曲线相同的导向孔，然后再将导向孔扩大，把产品管线回拖到扩大了的导向孔中，完成管线穿越的施工过程。

施工过程一般分为三个阶段：

第一阶段是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔；第二阶段是将导向孔进行扩孔；第二阶段是将产品管线沿着扩大了的导向孔拖到钻孔中，完成管线穿越工作

6.2.4.1导向

6.2.4.2导向孔的钻进过程

导向钻进是铺管成功的关键环节之一，这个过程需要至少两名操作人员，一名钻机操作者，操作钻机，控制钻具在地下的状况；另一名是定位探测仪操作员，负责监测、探测钻头在地下的走向和进尺情况。

钻头上装有可发射无线信号的探头，它可穿过地层发出一种特殊的电磁波，操作员手中的探测器可以接受这些信号，并经过处理后，让钻机操作者及时了解钻头目前的位置，显示的信号包括钻头走向、深度，造斜率和面向角等信号，以便及时调整钻头的方位，确保钻头按照事先设计好的轨迹钻进。

钻机操作者可以在钻机上，通过仪表掌握钻进过程中施加给钻杆的压力和回转扭矩，在钻机仪表盘上，还可以看到来自探测装置反馈过来的一切信息，钻机操作者通过这些信息来调整钻头方位，操作台上的液压仪表和远距离信息显示仪表，就像操作者的眼睛一样，可以随时观察孔底情况。

6.2.4.3施工要点和施工注意事项

⑴为确保本工程成功地完成定向钻进的导向工作，要严格按照设计规划好的穿越曲线钻进，主要是控制好钻进曲线不同位置的深度和造斜率。

在不超过管道弹性敷设半径或钻杆弯曲极限的范围内，操作员应确保按设计的轨迹钻地，如果前一段钻进没有完全符合设计曲线，所出现的差值可以通过下一段来修正，并记录实际钻孔与钻孔的偏差，通过计算来调整钻进的参数。

⑵设计钻孔轨迹时重点考虑以下影响因素：

待回拖管线的材质、尺寸、曲率半径；钻杆弯曲极限；地层条件；地上、地下障碍物状况；

⑶导向孔钻进时，采用带斜面的非对称钻头。

若一边旋转一边推进，钻孔呈直线延伸，即钻出一个直孔，若钻头只推进不旋转，由于地层给斜面钻头的反力的作用，使钻头朝斜面法线的反方向钻进，即实现造斜功能，钻出曲线或造斜孔。

钻机操作人员根据地表的接收器探测出钻进参数（钻头的位置、深度、倾角和工具面向角等），判断钻孔位置与设计曲线的偏差，并随时进行调整，以确保穿越曲线按照设计的走向钻进。

⑷钻机配有控向探测仪器，其作用就是及时探测钻头在地下的实际位置，并将探测结果传输到地面接收显示器和司钻操作台上的远程显示器，司钻根据这结显示的数据进行方向调整和纠偏。

⑸在改变方向的过程中，钻孔的转角或转弯半径应该控制在一定的范围内，本工程为直缝高频电阻焊钢管，钻孔的转角半径应为1500D，使实际的钻孔曲线尽量平缓，以利于回拖。

⑹钻机场地准备好钻机到达现场安装调试完毕后，开始钻导向孔。

导向孔的钻进质量或成败取决于下述因素：

a．钻头实际的左右位置偏离、深度和最小离地间隙（或最小地面覆盖）。

b．导向孔将提供实际的钻进土壤状况的资料，为正确决定预扩孔或回拖和子的工艺提供依据。

c．完成的导向孔曲线应该圆滑并逐渐转向，以便满足回拖管子的要求。

⑺为顺利完成导向孔曲线的钻进，关键要十分注意以下各点：

a．正确地钻进第一根钻杆是非常重要的。

先在钻头入土处挖一个小坑，使坑的平面与钻头进入方向垂直，并确信泥浆已经搅拌好已经具备开钻条件。

b．钻头转向6点钟的位置，开动钻液泵。

确信钻头喷嘴中有钻液流动。

开始朝前推进并穿透地面保持钻头进入地面的斜度。

第一根要没有任何转向直钻。

c．接上第二根钻杆之前，要将这根钻杆转动并将钻头抽回入口坑，再将该钻杆旋转钻入地下。

因为导向板总是大于钻头，这样重复钻进一次会形成更好的导向孔，并且可以在钻杆和孔壁间维持一个环形空间。

⑻钻进前都要确认泥浆泵是开着的。

并观察压力表指示。

应及时调整钻液流量，以便入口坑有泥浆流回这有助于操作员判断环形空间是否仍然畅通。

如果钻液压力表指向了最大值并停止在该位置，这可能说明钻头喷嘴堵塞住了。

这时将钻头拖回将堵塞物清除。

在清理喷嘴或卸下喷嘴之前，要确信钻机上泥浆压力已经卸掉。

⑼在钻孔的全程，定位员要决定钻孔的斜度、深度和与计划路径相关的实际钻孔路径。

然后由操作员调整钻位置来达到。

在朝前推进至旋转的过程中，密切注意遥控显示器上斜度的变化是非常重要的。

⑽对于任何一根钻杆，抽回再重复钻进有利于在钻孔中维持环形空间也有利于充分混合泥土，并且钻液可以流过整根钻杆。

重复钻进技巧的运用有利于在导引孔中维持一个良好的环形空间。

⑾钻机操作员要注意观察，在出口坑没有钻液流出，意味着由于缺乏钻进经验或者使用了不适当的钻液，而导致了钻孔中环形空间的堵塞。

随着钻孔长度延长，由于进入地下的钻杆摩擦力增加，从而旋转压力将会增大，旋转压力充分增大，可能是土层吸水并在钻杆四周膨胀的标志。

如果这种情况发生，需要重新调整钻进泥浆和添加剂的性能和比例，或者重新钻导向孔。

⑿在整个钻孔过程中，必须时刻保证钻机操作员和定位员这间的良好的通讯联系。

6.3预扩孔

6.3.1预扩孔的工艺过程

预扩孔就是在实际铺设管线之前，经过一次或多次的扩孔来扩大钻孔的直径，以减小回拉铺管的阻力，确保施工顺利完成。

最终成孔直径一般比管子直径大200毫米（或是管径的1.5倍）。

导向孔钻完成后，将钻头从钻杆上卸下，安装上合适的反扩孔钻头和分动器，然后在分动器后面接上回拉钻杆，进行扩孔钻进。

扩孔的速度和地质及钻机的参数等因素有关，要选用合适的扩孔工艺参数才能顺利完成扩孔工序。

6.3.2预扩孔的原则和需要注意的事项

⑴预扩时，回扩头后面带的不是管子而是钻杆，钻杆是通过万向节与回扩头连接被拖入钻孔中的；

⑵在将后面的钻杆安装之前，要确信钻机是被锁定的；

⑶当扩孔完成，拉完足够的钻杆后，将钻机锁定，用液压管钳在出口点卸开钻杆接头，接上回扩头、万向接和钻杆转换连接杆；

⑷按照安全操作步骤进行预扩。

保持机组成员与操作员密切联系、确保整个连接过程的安全。

⑸扩孔时视工作坑反浆情况，合理调配泥浆的粘度、比重、固相含量等技术参数。

6.4回拖管线

6.4.1、回拖管线的工艺过程

经过预扩孔后，才可以进行钢管的回拖工作，回拖管线时钢管在管壁四周与洞之间由泥浆润滑，这样即减少了回拖阻力，又保护了管线防腐层。

经过钻机多次预扩孔，最终成孔直径一般比管子直径大150毫米，所以不会伤害管外壁。

先将拉管头与待铺管道联接起来，然后将拉管头与分动器联接，随着钻杆的回拉，管道慢慢进入孔内，直到完成全部管道的铺设。

然后卸下扩孔钻头及分动器，取出剩余钻杆取下拉管头，铺管工作完成。

6.4.2、回拖管线时的注意事项

⑴回扩的过程中，主要是目标是将回扩头切削下的钻屑与钻液混合成泥浆，以便将泥浆排出，为新装管线提供足够的空间；

⑵回拖的过程对于成功地完成一个钻孔是非常重要的，这时需要合适性能和足够的钻液；

⑶将回扩头与钻杆连接起来之前，检查万向节是否可用手自由转动；

⑷拖头是锥形的封头，要求能承受回拖过程中将要承受的回拖力；

⑸在回拖前、过程中和回拖之后，操作员和在产品管线一侧的机组成员之间要求有通讯良好的对讲机；

⑹回扩的速度不能够太快，回扩时需要时间切削地层并将切屑混合成泥浆；

⑺拉管壁和孔壁间的摩擦力W可由以下公式概算：

W=［2p（1+Ka）+Po］fL

W—管壁与孔壁间的摩擦力（KN）

P—土对每米管道的压力（KN/m）

Ka—主动土压力系数，一般取0.3

Po—每米管道的重量（KN/m）

f—管壁和孔壁间的摩擦力系数（0.2—0.6）

L—管道长度（m）

P=Pv+Ph

Pv一般可按铺管线直径1~2倍高度土的重量计算.粘性土的粘聚力大，对于小口径管线一般可以形成完整的孔壁,这时Pv等于零。

Ph=Pvtg2（45°+φ/2）

φ—　土层的内摩擦角，一般地，砂层为30°～40°，粘土层为15°～25°。

⑻拉管过程中为防止水及其它杂物进入待铺管道内，钢管管头要用封板进行封口，与拉管头连接方式见下图：

6.5泥浆

泥浆是定向穿越中的关键因素，被视定向钻的“血液”，其主要作用是携带和悬浮钻屑并排到地表、稳定孔壁和降低钻进时所需的扭矩和推拉力、冷却和冲洗孔底钻具。

泥浆的主要工艺性能是流变性和失水造浆性，现场控制的主要因素是泥浆的粘度、各种添加剂的配制以及泥浆的压力和流量。

6.5.1、泥浆性能的控制和调整

泥浆添加剂：

为保证泥浆具有良好的流变性、高携砂性、固壁和润滑性能、在配出基浆的基础上，再按基浆重量的2—4‰比例加入的各种泥浆添加剂，使用的泥浆添加剂有：

增粘剂、固壁剂和润滑剂等。

粘度控制：

根据穿越段地层情况，在钻导向孔阶段，泥浆粘度控制在35-45S；在预扩孔和回拖阶段泥浆粘度提高5-10S；实际工作中，泥浆的粘度随土层的不同而变化，并选用不同的添加剂。

6.5.2、泥浆用量

定向穿越泥浆压力和流量是控制原则是高流量、低压力，通过调整高压泥浆泵的档位和转速、泥浆喷嘴的直径和数量、控制钻进和回拉速度等。

造斜段：

每方添加2包易钻+0.25升帮手+0.25升万用王；水平穿越段：

每方添加2包易钻+0.5～1升万用王。

按照工程情况计算，该工程需配制钻井液约90～100方，根据设计配方大约需要使用Hydraul-EZ易钻200包和3桶IVP万用王。

现场准备5～6吨Hydraul-EZ易钻、3桶IVP万用王和部分帮手。

6.6、管道的保护、焊接及安装

6.6.1管道搬运、运输与存放

⑴管材搬运时,必须用非金属绳吊装。

⑵管材、管件搬运时，应小心轻放，排列整齐。

不得抛摔和沿地拖。

⑶路地搬运管材、管件时，严禁剧烈撞击。

⑷车辆运输管材时，应放置在平底车上；直管和盘管均应捆扎、固定，避免相互碰撞。

堆